Infotainment and road safety service support in vehicular networking: From a communication perspective

Vehicular ad hoc networking is an emerging technology for future on-the-road communications. Due to the virtue of vehicle-to-vehicle and vehicle-to-infrastructure communications, vehicular ad hoc networks (VANETs) are expected to enable a plethora of communication-based automotive applications including diverse in-vehicle infotainment applications and road safety services. Even though vehicles are organized mostly in an ad hoc manner in the network topology, directly applying the existing communication approaches designed for traditional mobile ad hoc networks to large-scale VANETs with fast-moving vehicles can be ineffective and inefficient. To achieve success in a vehicular environment, VANET-specific communication solutions are imperative. In this paper, we provide a comprehensive overview of various radio channel access protocols and resource management approaches, and discuss their suitability for infotainment and safety service support in VANETs. Further, we present recent research activities and related projects on vehicular communications. Potential challenges and open research issues are also discussed.     

VANET路由协议设计时的网络容量仿真分析

针对车载自组网中节点移动速度快、拓扑变化频繁以及无线信道质量不稳定的特点,提出了此类网络的路由协议必须综合考虑业务需求、网络能力以及自组网本身的特点等因素的设计思想。分析了承载业务分为低速率的导频信道和高速率的业务信道对传输速率的不同要求,研究了在选择路由协议时的网络容量上、下限问题。仿真实验结果表明,节点的可行吞吐量的上下限将随着无线电波衰减系数和节点带宽的增大而增大。在车载自组网路由协议设计时需要考虑这种关系,从而提高节点的可行吞吐量。     

车联网中基于联盟合作博弈的带宽分享策略

近几年来,车联网领域快速发展并引起广泛关注.在此背景下提出了一种混合Wi-Fi、WiMAX和3G/LTE的网络架构,在这种架构下,车辆可以根据自身的情况选择合适的方式接入网络.网络带宽分享采用基于联盟合作博弈的方式,车辆可以选择加入或离开合作联盟来最大化自身收益.模型从理论上证明了通过车辆间的效用分配与博弈合作,最终将形成一个纳什稳定的联盟划分并能适应车辆的动态变化.仿真结果表明,模型的算法性能接近于最优联盟分配.     

Efficient multi‐hop wireless broadcast protocol in vehicular networks using automated threshold function design

Vehicular networking applications often use multi‐hop wireless broadcasting as a primary data dissemination mechanism. Therefore, protocols that efficiently and thoroughly propagate application data while adapting to a wide range of network density, vehicle distribution pattern, channel quality, and other conditions are critical for vehicular communications. Here, we design the Statistical Vehicular Broadcast (SVB) protocol to efficiently distribute data via multi‐hop broadcast in vehicular networks. First, we present an automated optimization technique for the design of threshold functions in statistical broadcasting methods. Next, we compare and analyze known statistical techniques, including different fundamental methods, assessment delay algorithms, and failsafe mechanisms. All combinations of these techniques are given threshold functions optimized using the proposed automated procedure then are evaluated in a wide range of simulations. High‐level statistical design principles and recommendations are established based on analysis of these results. Finally, we apply those principles to design SVB. It is evaluated in JiST/SWANS and is shown to achieve a high target reachability level while consuming less bandwidth than similar protocols across urban and highway vehicular networking scenarios.Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于网络效用最大化的车联网功率控制算法

针对车联网（IoV）中车流密度增加到一定程度时,即使无线信道中只有信标消息,信道拥塞也会发生的问题,提出一种分布式加权公平功率控制（D-WFPC）算法。首先,考虑车联网的实际信道特性,采用Nakagami-m衰落信道模型建立随机信道模型;然后,考虑车联网中节点的移动性,基于网络效用最大化（NUM）模型建立功率控制优化问题,控制本地信道负载在阈值之下,从而避免拥塞;最后,通过对偶分解和迭代法解决该问题,设计分布式算法,每辆车根据周围环境的邻居车辆的信标消息,动态调整发射功率。仿真实验中,与固定发射功率方案相比,随着车流密度增大,D-WFPC算法能有效降低时延和丢包率,最高降幅分别达到24%和44%;与公平分布式发射功率拥塞控制（FCCP）算法相比,D-WFPC算法全程性能占优,时延和丢包率的最高降幅分别达到10%和4%。仿真结果表明,D-WFPC算法能快速收敛,保证车联网中消息的低时延、高可靠传输。     

基于引力和斥力的停车位发现算法

停车难是各大城市亟需解决的热点问题,而目前对停车位算法的研究都在理想模型下进行,对实际场景中存在的很多重要问题没有加以考虑。对停车位发现问题中车辆位置信息不完全的模型进行研究,改进了基于引力的停车位发现算法。通过定义停车位引力因子[Gg]实现对停车位的动态分级,同时定义了车间斥力、引力因子[Gr]解决车间竞争问题,提出了一种基于引力和斥力的停车位发现算法R&GPA。仿真结果表明该算法在车辆位置信息不完全模型中相比其他算法缩短了个体车辆停车位搜寻时间,提高了系统的整体效益。     

面向车辆状态信息广播的功率控制算法

针对车载自组织网（VANET）中节点以固定功率发送信息导致的信道资源无法优化分配的问题,以车辆周期发送的状态信息的广播为研究对象,提出一种可自适应于车流密度变化的VANET功率控制算法。该算法通过定义功率控制周期构建并更新直接邻居列表,根据直接邻居车辆的位置来调整发射功率,进而控制节点的广播信息覆盖范围,实现信道资源的优化分配以及节点路由性能的优化。仿真结果验证了所提出算法的有效性,表明该算法能够有效根据车辆密度自适应调整发射功率、降低信道占用率并提高直接邻居数据包投递率,从而保证安全信息的有效传输。     

软件定义车联网的数据转发机制

针对现有车联网（VANET）中数据转发效率低的问题,提出了软件定义网络（SDN）的数据转发机制。首先,设计了软件定义车联网的分层次网络模型,该模型由局部控制器和车辆组成,实现控制与数据转发分离,具有可扩展性、独行性等特点;其次,设计了车辆路由转发机制,该机制采用动态规划和二分搜索的方法,以实现高效的数据转发;最后,通过仿真验证,对比无线自组网按需平面距离向量路由（AODV）、目的节点序列距离矢量路由（DSDV）、动态源路由（DSR）和最优链路状态路由（OLSR）算法,所提的数据转发机制在传递成功比上提高大约100%,而端到端延迟时间降低大约20%。实验结果表明,软件定义车联网的数据转发机制能够提高路由转发效率、减小延迟。     

VANET/LTE-Advanced异构网络中基于协议序列-IEEE 802.11p的信道接入机制

摘要：提出了VANET/LTE-Advanced异构网络架构,并重新规划信道使用及接入模式,提高车载设备之间通信的有效性,增强公平性并兼顾自由度。以车辆间通信为研究对象,深入剖析并比较IEEE 802.11p MAC协议,基于协议序列信道接入机制,提出基于协议序列-IEEE 802.11p的信道接入算法,将“基于调度”与“基于竞争”的信道接入结合,完善IEEE 802.11p MAC层协议。仿真结果表明,基于协议序列-IEEE 802.11p的信道接入机制与UI模式及IEEE 802.11p模式相比,实现了用户平均吞吐量和平均数据分组发送时延性能的权衡,具有理论价值和实用价值。     

路基设备辅助下的高速公路车辆信息方向性传输协议

针对现有VANET网络广播传输协议信道利用率低,易造成信道拥塞等问题,提出在路基设备辅助下的改进协议。利用路基设备进行车辆分簇,将簇内车辆编号加入到发送数据帧头,每个车辆节点有选择地进行数据包接收与发送。仿真结果表明,改进协议可以有效地改善传输过程中的信道使用情况,有效信息传输率可提高20%。